第2章 第2节 第2课时 化学反应能量转化的重要应用——化学电池-（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高一化学必修第二册教师用书（鲁科版2019）

化学反应能量转化的重要应用——化学电池 第2课时 第2章　第2节 <<< 核心素养 发展目标 1.掌握原电池的构成及工作原理，能从微观角度理解化学能与电能之间是如何转化的，培养“宏观辨识与微观探析”的学科素养。 2.能根据原电池工作原理，设计简单的原电池，培养严谨求实的科学探究与创新意识。 3.了解常见的化学电池，知道开发高能新型电池的重要性，增强科学态度与社会责任。 2 内容索引 一、原电池及工作原理 二、设计简单的原电池 课时对点练 3 原电池及工作原理 > < 一 一、原电池及工作原理 1.原电池 利用 将 能直接转化成 能的装置。 2.初识氢氧燃料电池 (1)两极反应 负极：氢气失去电子，发生 反应； 正极：氧气得到电子，发生 反应。 (2)电子转移：电子由 通过导线流向 ，形成电流。 氧化还原反应 化学 电 氧化 还原 负极 正极 3.原电池的工作原理(以氢氧燃料电池为例) 和 分别在两个不同的区域发生 和 ，并通过能导电的物质形成闭合回路产生电流。 氢气 氧气 氧化反应 还原反应 电子 正极 正极 离子 负极 负极 4.组装原电池的基本条件 思考　如图装置中只有③⑤可以形成原电池，请分析构成原电池的条件是什么？ 提示　原电池的构成条件：①活泼性不同的两极。②电解质溶液作为离子导体。③形成闭合回路。 1.判断正误 (1)原电池中电流从负极流出，从正极流入 (2)原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应 (3)原电池中阳离子向正极移动 (4)在锌⁃稀硫酸⁃铜原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌 × × × √ 应用体验 2.(2023·广东汕尾中学高一期中)下列装置能构成原电池的是 √ 应用体验 A装置中酒精不是电解质，不能构成原电池，错误； B装置中两电极活泼性相同，且没有自发的氧化还原反应，不能构成原电池，错误； 应用体验 C装置中铁为负极，铜为正极，硫酸铜溶液为电解质溶液，有自发的氧化还原反应，形成了闭合回路，可构成原电池，正确； D装置未形成闭合回路，不能构成原电池装置，错误。 应用体验 3.如图为某课外小组自制的氢氧燃料电池，a、b均为石墨。下列叙述不正确的是 A.a电极是负极，该电极上发生氧化反应 B.总反应式为2H2+O2===2H2O C.b极反应是O2+4H++4e-===2H2O D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 √ 应用体验 a电极通入氢气，是负极，电极上发生氧化反应，故A正确； 负极反应为2H2-4e-+4OH-===4H2O，正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-，电池总反应为2H2+O2===2H2O，故B正确、C不正确； 氢氧燃料电池的产物是水，无污染，是一种具有应用前景的绿色电源，故D正确。 应用体验 4.如图是锌、铜和稀硫酸形成的原电池，某实验兴趣小组同学做完实验后，在读书卡片上记录如下： 卡片上的描述合理的是 A.①②③ B.③④⑤ C.①⑤⑥ D.②③④ 实验后的记录： ①Zn为正极，Cu为负极 ②H+向负极移动 ③金属导线中电子流动方向为Zn→Cu ④Cu极有H2产生 ⑤若有1 mol电子流过导线，则产生的H2为0.5 mol ⑥正极反应为Zn-2e-===Zn2+ √ 应用体验 ①锌比铜活泼，锌为负极，铜为正极，故错误；②根据原电池的工作原理，电解质溶液中阳离子向正极移动，即H+向铜电极移动，故错误；③电子从负极经外电路流向正极，即从锌电极经外电路流向铜电极，故正确；④正极上发生的反应为2H++2e-===H2↑，故正确；⑤根据 ④的分析可知，导线中有1 mol电子通过时，产生0.5 mol氢气，故正确；⑥锌为负极，电极反应为Zn-2e-===Zn2+，故错误。 返回 应用体验 设计简单的原电池 > < 二 二、设计简单的原电池 1.探究活动 设计思路及依据 实验现象 氧化还原反应：Zn+2H+===Zn2++H2↑ 铜片上有大量的无色_____产生并逸出，锌片不断_____，电流表指针发生_____ 确定负极 选择负极反应物：___ 选择负极材料：___ 确定正极 选择正极反应物：___ 选择正极材料：___ 构成闭合回路 选择离子导体：_______ 选择电子导体：_____ Zn Zn H+ Cu H2SO4 导线 气泡 溶解 偏转 2.工作原理分析 (1)分析装置图并填空 负极 氧化反应 正极 还原反应 Zn-2e-===Zn2+ 2H++2e- === H2↑ (2)原电池总反应式：Zn+2H+===Zn2++H2↑。 (3)粒子流向 ①电子流向(外电路)：负极 。电流方向与电子流向相反。 ②离子流向(内电路)：离子导体中阴离子向 移动， 向正极移动。 导线 正极 负极 阳离子 请利用反应2Fe3++Fe===3Fe2+，设计一个能产生电流的装置。 可选用品：铜片、锌片、铁片、石墨棒、NaCl溶液、FeCl3溶液、FeCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、导线、滤纸、烧杯、电流表。 (1)负极反应物可选择_______，负极反应式：_________ ___，负极材料为　　　。  (2)正极反应物可选择__________________________，正极反应式：________________，正极材料为_______________。 铁片 Fe-2e-===Fe2+ 铁片 FeCl3溶液[或Fe2(SO4)3溶液] 2Fe3++2e-===2Fe2+ 石墨棒(或铜片) 思考1 (3)离子导体可选择_________________________，电子导体可选择 　　　。  (4)画出实验装置示意图，并标明电极材料及电极名称。 FeCl3溶液[或Fe2(SO4)3溶液] 导线 答案 思考1 3.发展中的化学电源 (1)干电池——一次电池 ①特点：放电之后不能充电。 ②实例：锌锰干电池。 锌 锌 碳棒 氯化铵、 氯化锌 (2)充电电池——二次电池 ①特点：放电时所进行的氧化还原反应，充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 ②实例：铅蓄电池，锂离子电池。 (3)燃料电池 ①特点：燃料的利用率高、能量转换效率高，能长时间提供电能等。 ②实例 以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下： 负极： 。 正极： 。 总反应方程式：2H2+O2===2H2O。 H2-2e-+2OH-===2H2O O2+4e-+2H2O===4OH- 铅蓄电池放电时的总反应：Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。请依据原电池工作原理分析电池的组成和工作原理。 提示　电池的组成：负极为铅，正极为二氧化铅。电解质溶液为稀H2SO4。 工作原理：铅在负极失去电子生成PbSO4，二氧化铅在正极得到电子生成PbSO4，导线为电子导体，稀硫酸为离子导体，形成闭合回路。 思考2 1.判断正误 (1)对所有的化学反应，都可以设计成原电池 (2)原电池中，一定是还原剂做负极材料 (3)在原电池中，还原剂做负极反应物，一定和离子导体发生反应 (4)燃料电池的能量转换效率高，在电池工作中，只有化学能→电能的转化 (5)锌与稀硫酸反应时，若滴入几滴硫酸铜溶液，化学反应会加快 × √ × × × 应用体验 2.对下列化学反应，可设计为原电池的是 A.H2SO4+Ba(OH)2===BaSO4↓+2H2O B.NH4HCO3 NH3↑+CO2↑+H2O C.CaO+H2O===Ca(OH)2 D.2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑ √ 应用体验 原电池的两极反应必须是氧化剂和还原剂分别在正极和负极上得失电子，故化学反应必须为氧化还原反应，无电子转移的非氧化还原反应不能设计为原电池，故选D。 应用体验 3.(2023·山东临沂高一期中)如图所示的装置中铁棒上析出铜，而铁的质量不变，符合要求的原电池是  A.铁棒做负极，铜棒做正极，电解质溶液是CuSO4溶液 B.锌棒做负极，铁棒做正极，电解质溶液是CuSO4溶液 C.锌棒做负极，铁棒做正极，电解质溶液是FeCl3溶液 D.铁棒做负极，铜棒做正极，电解质溶液是稀H2SO4溶液 √ 应用体验 根据原电池原理，铁棒上析出铜，而铁的质量不变，说明铁电极发生还原反应，为正极，负极为金属活动性强于铁的金属材料， 锌棒金属活动性比铁强，做负极，发生锌置换铜的反应，电解质溶液是CuSO4溶液，B正确。 应用体验 4.选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+”设计一个化学电池。 回答下列问题： (1)负极材料：　　；正极材料：　　　　　；电解质溶液：_______ _____。  铜 银(或碳棒) 溶液 AgNO3 应用体验 (2)写出电极反应式 正极：________________； 负极：________________。 (3)原电池中电子从　　　　极流出，电解质溶液中阴离子流向____　　　　 (填“正”或“负”)极，若导线上转移1 mol e-，则生成银　　 g。 2Ag++2e-===2Ag　 Cu-2e-===Cu2+ 铜(或负) 负 108 应用体验 练后反思 设计原电池的基本思路 步骤一：确定一个自发的氧化还原反应的还原剂和氧化剂，还原剂做负极反应物，氧化剂做正极反应物，把氧化还原反应分为两个半反应。 步骤二：选择两极材料，正极材料最好选择不与正极反应物和离子导体发生反应且导电的固体，如金属铜、石墨等。 练后反思 设计原电池的基本思路 步骤三：选择离子导体(电解质溶液)和电子导体(导线)，并形成闭合回路。 如图： 返回 课时对点练 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 C D B C A C D D 题号 9 10 11 12 答案 D C C C 对一对 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 (1)Ag2O　 (2)Zn+2OH--2e- === ZnO+H2O　 (3)不变　 (4)32.5 g 13. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 13. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 (5)① ②Fe3++e- === Fe2+　③正 (1)BC　 (2)①通过对比实验探究Zn与稀硫酸在不同条件下反应的能量变化　②AD　 (3)Zn-2e- === Zn2+　5 600 14. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 (1)用导线连接a、b　 (2)纯锌片　负　a→b (3)2H++2e- === H2↑　逐渐增大　 (4)0.05 mol　C 15. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 题组一　原电池的概念及构成条件 1.下列关于原电池的叙述不正确的是 A.原电池是将化学能转化成电能的装置 B.原电池的负极发生的反应是氧化反应 C.原电池电解质溶液中阳离子移向负极，阴离子移向正极 D.原电池中电子流入的一极一定是正极 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 对点训练 原电池是将化学能转化成电能的装置，A正确； 原电池的负极反应物失去电子被氧化，发生氧化反应， B正确； 在原电池电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C错误； 原电池放电时，电子移动的方向是从负极沿导线流向正极，所以正极为电子流入的电极，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 对点训练 2.(2023·河南新乡一中高一期中)下列各组材料组成如图装置，电流表指针能发生偏转的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 选项 A B C D M Zn Cu Fe Zn N Zn Ag Cu Cu P 稀硫酸 蔗糖溶液 酒精 CuSO4溶液 √ 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 两极均为锌，电流表指针不能发生偏转，A错误； 蔗糖、酒精是非电解质，不能导电，不能形成闭合回路，电流表指针不能发生偏转，B、C错误； 锌与铜是活泼性不同的电极，且浸在电解质溶液(硫酸铜溶液)中，锌失去电子被氧化，硫酸铜提供的铜离子能在铜电极上得到电子被还原，存在闭合回路，电流表指针能发生偏转，D正确。 对点训练 题组二　原电池工作原理的实验探究 3.(2024·山西省实验中学高一期中)用西红柿、电流表、铁或锌等金属进行“水果电池”的实验探究。实验如下。 资料：西红柿含矿物盐、有机酸、H+等。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 实验 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 示意图         现象 有微量气泡 无现象 Cu片附近有气泡，且较Ⅰ快 电流表指针偏转，Cu片附近有气泡 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 下列分析不正确的是 A.实验Ⅰ、Ⅱ说明Zn能与H+反应而Cu不能 B.实验Ⅲ说明在该条件下Cu可与H+反应生成H2 C.实验Ⅰ、Ⅲ说明发生原电池反应时会加快化学反应速率 D.实验 Ⅳ 中Zn为负极，电子由Zn沿导线流向Cu √ 对点训练 由锌片插入西红柿中反应生成氢气，铜片插入西红柿中无现象可得锌能与氢离子反应而铜不能，A正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 实验 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 示意图         现象 有微量气泡 无现象 Cu片附近有气泡，且较Ⅰ快 电流表指针偏转，Cu片附近有气泡 对点训练 实验Ⅲ装置为原电池，其中锌极为负极，电极反应式为Zn-2e-===Zn2+，铜极为正极，电极反应式为2H++2e-===H2↑，铜并不参与反应，B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 实验 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 示意图         现象 有微量气泡 无现象 Cu片附近有气泡，且较Ⅰ快 电流表指针偏转，Cu片附近有气泡 对点训练 结合实验Ⅰ、Ⅲ的现象可证明在其他条件相同时，对于同一个氧化还原反应，原电池反应速率比普通氧化还原反应速率快，C正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 实验 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 示意图         现象 有微量气泡 无现象 Cu片附近有气泡，且较Ⅰ快 电流表指针偏转，Cu片附近有气泡 对点训练 原电池中负极锌失电子，电子经外电路流向正极，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 实验 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 示意图         现象 有微量气泡 无现象 Cu片附近有气泡，且较Ⅰ快 电流表指针偏转，Cu片附近有气泡 对点训练 4.(2023·浙江强基联盟高一月考)某科学探究小组为探究原电池的工作原理，设计了如图所示的装置。下列叙述错误的是  A.a和b不连接时，该装置不能形成原电池，但铁片上有红色的铜析出 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 B.无论a和b是否连接，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2+生成 C.a和b用导线连接时，铜片为负极 D.a和b用导线连接时，溶液中的Cu2+向铜电极移动 √ 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 对点训练 题组三　原电池工作原理分析 5.(2023·山东枣庄高一期中)化学电源应用广泛。某原电池装置如图所示，下列说法正确的是 A.锌电极发生氧化反应 B.H+向锌电极移动 C.电子由铜电极经导线流向锌电极 D.原电池工作一段时间后溶液的c(H+)不变 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 锌的活泼性比铜的大，电解质溶液为稀硫酸，锌电极为负极，失去电子，发生氧化反应，故A正确； H+向正极即Cu电极移动，故B错误； 电子由负极Zn电极经导线流向正极Cu电极，故C错误； 正极上氢离子得到电子变为氢气，因此原电池工作一段时间后溶液的c(H+)减小，故D错误。 对点训练 6.某化学兴趣小组为研究原电池工作原理，设计如图装置。下列叙述正确的是  A.若X为Fe，Y为Cu，则铁为正极 B.若X为Fe，Y为Cu，则电子由铜片流向铁片 C.若X为Fe，Y为C，则碳棒上有红色固体析出 D.若X为Cu，Y为Zn，则铜离子在锌片上发生还原反应 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 当Fe与Cu(或碳)构成原电池时，铁为负极，失电子发生氧化反应，电子由铁电极流向铜电极或碳电极，Cu2+在铜或碳棒上析出，A、B项错误，C项正确； Cu、Zn构成原电池时，正极是铜棒，Cu2+在铜棒上发生还原反应而析出，D项错误。 对点训练 7.(2023·福建三明高一下学期等级考试)将一张滤纸剪成四等份，用铜片、锌棒、发光二极管、导线在玻璃片上连接成如图所示的装置，在四份滤纸上分别滴加稀硫酸直至滤纸全部润湿。下列叙述正确的是 A.锌棒上发生还原反应 B.若用碳棒代替铜片，电路中无电流通过 C.电子都是从铜片经外电路流向锌棒 D.该装置中存在两种能量转化形式 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 该装置为4个原电池组成的串联电路，锌的活动性比铜强。锌作负极，失电子发生氧化反应，A项错误； 若用碳棒代替铜片，也能构成原电池，电路中有电流通过，B项错误； 电子由负极锌棒经外电路流向正极铜片，C项错误； 该装置中存在化学能转化为电能、电能转化为光能两种能量转化形式，D项正确。 对点训练 题组四　原电池的设计 8.某原电池总反应为Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+，下列能实现该反应的原电池是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案   A B C D 电极材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag 电解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3 √ 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 由题意知，Cu为负极材料，则正极材料的金属活动性必须小于Cu，其中B、D项符合该条件；由Fe3+得电子生成Fe2+知，电解质溶液中必须含有Fe3+，同时符合上述两个条件的只有D项。 对点训练 题组五　常见的化学电池 9.(2023·山东枣庄高一期中)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法错误的是     1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 对点训练 A.甲：正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH- B.乙：锌筒既是负极材料又是负极反应物 C.丙：正极反应O2+4e-+4H+===2H2O D.丁：放电时H+移向Cu电极，所以Cu电极附近溶液中H+浓度增大 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 对点训练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 甲装置中氧化银作正极，正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O=== 2Ag+2OH-，A正确； 乙装置中金属锌失去电子，作负极，因此锌筒既是负极材料又是负极反应物，B正确； 丙装置中电解质溶液显酸性，其正极发生反应：O2+4e-+4H+===2H2O，C正确； 丁装置中锌作负极，铜作正极，氢离子在正极得电子生成氢气，因此铜电极附近氢离子浓度减小，D错误。 对点训练 10.普通水泥在固化过程中水分子减少并产生Ca(OH)2。根据这一特点，科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间，此法的原理如图所示，反应的化学方程式为2Cu+Ag2O===Cu2O+2Ag，下列有关说法正确的是 A.外电路中电流由Cu电极经导线流向Ag2O电极 B.Cu为正极，Ag2O为负极 C.负极的电极反应式为2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O D.电池工作时，OH-向正极移动 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 该原电池中，Cu作负极，Ag2O作正极，外电路中电流从正极流向负极，A、B项错误； Cu作负极，失电子发生氧化反应，C项正确； 原电池工作时，阴离子流向负极，D项错误。 综合强化 11.(2024·广州七中高一期中) 金属⁃空气电池可用作电动车动力来源，某金属⁃空气电池的工作原理如图所示。该电池以金属M为负极，碳材料为正极，放电时下列说法正确的是 A.将电能转化为化学能 B.负极上发生还原反应 C.空气中的氧气在正极上得电子 D.外电路电子由碳材料电极流向金属M电极 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 金属M电极为原电池的负极，M失去电子发生氧化反应生成M2+，碳材料电极为正极，氧气在正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根离子故B错误、C正确； 该电池为原电池，将化学能转化为电能，故A错误； 原电池工作时，外电路电子由负极流向正极，则放电时，外电路电子由金属M电极流向碳材料电极，故D错误。 综合强化 12.有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 实验 装置         部分实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极 综合强化 由此可判断这四种金属的活动性顺序是 A.a>b>c>d B.b>c>d>a C.d>a>b>c D.a>b>d>c 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 实验 装置         部分实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极 √ 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 由实验①可知，a为原电池负极，b为原电池正极，金属活动性：a>b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则金属活动性：b>c； 实验 装置         部分实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 由实验③可知，d极溶解，则d为原电池负极，c为原电池正极，金属活动性：d>c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，金属活动性：d>a。 实验 装置         部分实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极 综合强化 13.(2024·广州高一期中)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。如图是一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液。总反应为Ag2O+Zn===ZnO+2Ag，其中一个电极反应为Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-。 (1)正极材料为　　　　　。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 Ag2O 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 总反应为Ag2O+Zn===ZnO+2Ag，Ag2O变成Ag，Ag的化合价从+1价变为0价，化合价降低，则Ag2O是正极，Zn为负极。 综合强化 (2)写出另一电极的电极反应式：　 　　　。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O 负极失电子，被氧化，则负极反应为Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O。 (3)在电池使用的过程中，电解质溶液中KOH的物质的量怎样变化？____　　　　　 (填“增大”“减小”或“不变”)。 从总反应来看，反应不涉及KOH，KOH的物质的量不变。 不变 综合强化 (4)当电池工作时通过电路对外提供了1 mol电子，计算消耗负极的质量为　　　。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 32.5 g 根据Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O可知转移2 mol电子时消耗1 mol Zn，则电路通过1 mol电子消耗0.5 mol Zn，消耗负极的质量为0.5 mol× 65 g·mol-1=32.5 g。 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 (5)利用下列反应：Fe+2Fe3+===3Fe2+，选择适当的材料和试剂设计一个原电池。 ①请在原电池示意图中，标出电极名称、电极材料和电解质溶液。   ②正极反应式：　　 　　　。  ③电解质溶液中，阳离子向　　极移动。  负极 铁 正极 石墨/铜 FeCl3溶液 Fe3++e-===Fe2+ 正 综合强化 14.(2023·湖北鄂东名校期中联考)化学电源广泛地应用于现代社会的生产和生活。请回答下列问题： (1)原电池是一种将化学能转化为电能的装置，所以原电池的设计原理与某一类化学反应有关。你认为下列化学反应，可以设计成原电池的是___　　　　　(填字母)。  A.CH3COOH+NaOH===CH3COONa+H2O B.Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+ C.Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 BC 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 能自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池，A项不是氧化还原反应，B、C项均为能自发进行的氧化还原反应，均能设计成原电池。 综合强化 (2)化学反应均涉及能量变化，为探究这些能量变化，某同学设计了如图两个实验，已知两个实验除是否有导线连接两个金属棒外，其余均相同。  ①该同学设计这两个实验的目的是_________________________________ _____________________。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 通过对比实验探究Zn与稀硫酸在不同 条件下反应的能量变化 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 图1中Zn与稀硫酸反应时将化学能转化为热能，图2构成原电池，Zn与稀硫酸反应时将化学能主要转化为电能，设计这两个实验的目的是通过对比实验探究Zn与稀硫酸在不同条件下反应的能量变化。 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 ②下列有关实验现象的说法正确的是　　　　　(填字母)。  A.图1、图2所示实验的温度传感器测定的体系温度均上升，且图1实验上升值 大于图2实验上升值 B.图1、图2所示实验的温度传感器测定的体系温度均上升，且上升值相同 C.图1所示实验的温度传感器测定的体系温度上升，图2所示实验的温度传感器 测定的体系温度下降 D.图1所示实验的锌棒表面有气泡产生，图2所示实验的铜棒表面有气泡产生， 且产生气泡的速率大于图1所示实验 AD 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 图1、图2中发生的反应都为Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑，该反应为放热反应，所以图1、图2所示实验的温度传感器测定的体系温度均上升，图1中化学能转化为热能，图2中化学能主要转化为电能、少部分转化为热能，所以图1实验温度上升值大于图2实验温度上升值，故A正确，B、C错误； 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 图1中Zn与稀硫酸发生反应：Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑，锌棒表面产生气泡，图2构成原电池，Zn为负极，其电极反应式为Zn-2e-===Zn2+，锌棒溶解，Cu为正极，Cu极的电极反应式为2H++2e-===H2↑，铜棒表面有气泡产生，形成原电池加快产生H2的速率，即图2产生H2的速率大于图1，故D正确。 综合强化 (3)若将用导线相连，总质量为80.00 g的锌片和银片同时浸入稀硫酸中，工作一段时间后，取出金属片，进行洗涤、干燥、称量，得金属片的总质量为63.75 g。则装置工作时锌片上的电极反应式为　　 　　　，工作时间内装置所产生氢气的体积为　　　 mL(标准状况)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 Zn-2e-===Zn2+ 5 600 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 由于Zn比Ag活泼，Zn为负极，Zn极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+；该原电池工作时的总反应为Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑，反应消耗Zn的质量为80.00 g-63.75 g=16.25 g，物质的量为=0.25 mol，则生成H2 0.25 mol，在标准状况下的体积为0.25 mol×22.4 L·mol-1=5.6 L= 5 600 mL。 综合强化 15.现有纯锌片、纯铜片和500 mL 0.1 mol·L-1的硫酸、导线、1 000 mL量筒。根据原电池原理用如图所示装置制备一定量的氢气。 请回答下列问题： (1)如图所示，装置气密性良好，且1 000 mL量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 筒中已充满水，刚开始实验时，根据构成原电池必须满足的条件，首先要进行的操作是_______________。 用导线连接a、b 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 构成原电池的条件之一是形成闭合回路，所以开始实验时首先进行的操作是用导线连接a、b，形成闭合回路。 综合强化 (2)a的电极材料为　　　　，做原电池的　　极；电子经外电路流向为　　　　　 ______(填“a→b”或“b→a”)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 纯锌片 负 a→b 量筒内收集氢气，则b极为正极，产生氢气，a极为负极，发生氧化反应，所以a极材料是纯锌片；电子经外电路从负极流向正极，即a→b。 综合强化 (3)b极上发生的电极反应为　　　　　　　　。反应中a极附近S浓度　　　　　　　 _________(填“逐渐增大”“逐渐减小”或“始终不变”)。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 b极产生氢气，电极反应式为2H++2e-===H2↑；在原电池中，阴离子向负极移动，所以S向a极移动，导致a极附近S浓度逐渐增大。 2H++2e-===H2↑ 逐渐增大 综合强化 (4)在标准状况下，假设反应过程中溶液体积不变，当硫酸浓度降低一半时，通过导线的电子的物质的量为　　　　　，量筒中收集的气体体积最接近　　　mL(填字母)。  A.400 B.500 C.600 D.700 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 0.05 mol C 综合强化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 答案 反应过程中溶液体积不变，当硫酸浓度降低一半时，氢离子的物质的量减少=0.05 mol，根据2H++2e-===H2↑，则通过导线的电子的物质的量为0.05 mol，生成的氢气在标准状况下的体积是×22.4 L·mol-1=0.56 L=560 mL，与C最接近。 返回 综合强化 本课结束 第2章　第2节 <<< $$ 第2课时　化学反应能量转化的重要应用——化学电池 [核心素养发展目标]　1.掌握原电池的构成及工作原理，能从微观角度理解化学能与电能之间是如何转化的，培养“宏观辨识与微观探析”的学科素养。2.能根据原电池工作原理，设计简单的原电池，培养严谨求实的科学探究与创新意识。3.了解常见的化学电池，知道开发高能新型电池的重要性，增强科学态度与社会责任。 一、原电池及工作原理 1.原电池 利用氧化还原反应将化学能直接转化成电能的装置。 2.初识氢氧燃料电池 (1)两极反应 负极：氢气失去电子，发生氧化反应； 正极：氧气得到电子，发生还原反应。 (2)电子转移：电子由负极通过导线流向正极，形成电流。 3.原电池的工作原理(以氢氧燃料电池为例) 氢气和氧气分别在两个不同的区域发生氧化反应和还原反应，并通过能导电的物质形成闭合回路产生电流。 4.组装原电池的基本条件 思考　如图装置中只有③⑤可以形成原电池，请分析构成原电池的条件是什么？ 提示　原电池的构成条件：①活泼性不同的两极。②电解质溶液作为离子导体。③形成闭合回路。 1.判断正误 (1)原电池中电流从负极流出，从正极流入(　　) (2)原电池中电子流出的一极是正极，发生氧化反应(　　) (3)原电池中阳离子向正极移动(　　) (4)在锌⁃稀硫酸⁃铜原电池中，电子由锌通过导线流向铜，再由铜通过电解质溶液到达锌(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)√　(4)× 2.(2023·广东汕尾中学高一期中)下列装置能构成原电池的是(　　) 答案　C 解析　A装置中酒精不是电解质，不能构成原电池，错误；B装置中两电极活泼性相同，且没有自发的氧化还原反应，不能构成原电池，错误；C装置中铁为负极，铜为正极，硫酸铜溶液为电解质溶液，有自发的氧化还原反应，形成了闭合回路，可构成原电池，正确；D装置未形成闭合回路，不能构成原电池装置，错误。 3.如图为某课外小组自制的氢氧燃料电池，a、b均为石墨。下列叙述不正确的是(　　) A.a电极是负极，该电极上发生氧化反应 B.总反应式为2H2+O2===2H2O C.b极反应是O2+4H++4e-===2H2O D.氢氧燃料电池是一种具有应用前景的绿色电源 答案　C 解析　a电极通入氢气，是负极，电极上发生氧化反应，故A正确；负极反应为2H2-4e-+4OH-===4H2O，正极反应为O2+4e-+2H2O===4OH-，电池总反应为2H2+O2===2H2O，故B正确、C不正确；氢氧燃料电池的产物是水，无污染，是一种具有应用前景的绿色电源，故D正确。 4.如图是锌、铜和稀硫酸形成的原电池，某实验兴趣小组同学做完实验后，在读书卡片上记录如下： 实验后的记录： ①Zn为正极，Cu为负极 ②H+向负极移动 ③金属导线中电子流动方向为Zn→Cu ④Cu极有H2产生 ⑤若有1 mol电子流过导线，则产生的H2为0.5 mol ⑥正极反应为Zn-2e-===Zn2+ 卡片上的描述合理的是(　　) A.①②③ B.③④⑤ C.①⑤⑥ D.②③④ 答案　B 解析　①锌比铜活泼，锌为负极，铜为正极，故错误；②根据原电池的工作原理，电解质溶液中阳离子向正极移动，即H+向铜电极移动，故错误；③电子从负极经外电路流向正极，即从锌电极经外电路流向铜电极，故正确；④正极上发生的反应为2H++2e-===H2↑，故正确；⑤根据④的分析可知，导线中有1 mol电子通过时，产生0.5 mol氢气，故正确；⑥锌为负极，电极反应为Zn-2e-===Zn2+，故错误。 二、设计简单的原电池 1.探究活动 设计思路及依据 实验现象 氧化还原反应：Zn+2H+===Zn2++H2↑ 铜片上有大量的无色气泡产生并逸出，锌片不断溶解，电流表指针发生偏转 确定负极 选择负极反应物：Zn 选择负极材料：Zn 确定正极 选择正极反应物：H+ 选择正极材料：Cu 构成闭合回路 选择离子导体：H2SO4 选择电子导体：导线 2.工作原理分析 (1)分析装置图并填空 (2)原电池总反应式：Zn+2H+===Zn2++H2↑。 (3)粒子流向 ①电子流向(外电路)：负极—→导线—→正极。电流方向与电子流向相反。 ②离子流向(内电路)：离子导体中阴离子向负极移动，阳离子向正极移动。 思考1　请利用反应2Fe3++Fe===3Fe2+，设计一个能产生电流的装置。 可选用品：铜片、锌片、铁片、石墨棒、NaCl溶液、FeCl3溶液、FeCl2溶液、Fe2(SO4)3溶液、导线、滤纸、烧杯、电流表。 (1)负极反应物可选择______________________________，负极反应式：__________________________，负极材料为　　　　。  (2)正极反应物可选择____________________________________________________________，正极反应式：____________________，正极材料为_______________________________________________。 (3)离子导体可选择____________________________________________________________，电子导体可选择　　　。  (4)画出实验装置示意图，并标明电极材料及电极名称。 答案　(1)铁片　Fe-2e-===Fe2+　铁片　 (2)FeCl3溶液[或Fe2(SO4)3溶液]　2Fe3++2e-===2Fe2+　石墨棒(或铜片)　 (3)FeCl3溶液[或Fe2(SO4)3溶液]　导线 (4) 3.发展中的化学电源 (1)干电池——一次电池 ①特点：放电之后不能充电。 ②实例：锌锰干电池。 (2)充电电池——二次电池 ①特点：放电时所进行的氧化还原反应，充电时可以逆向进行，使电池恢复到放电前的状态。 ②实例：铅蓄电池，锂离子电池。 (3)燃料电池 ①特点：燃料的利用率高、能量转换效率高，能长时间提供电能等。 ②实例 以30%的KOH溶液为电解质溶液的氢氧燃料电池的电极反应如下： 负极：H2-2e-+2OH-===2H2O。 正极：O2+4e-+2H2O===4OH-。 总反应方程式：2H2+O2===2H2O。 思考2　铅蓄电池放电时的总反应：Pb+PbO2+2H2SO4===2PbSO4+2H2O。请依据原电池工作原理分析电池的组成和工作原理。 提示　电池的组成：负极为铅，正极为二氧化铅。电解质溶液为稀H2SO4。 工作原理：铅在负极失去电子生成PbSO4，二氧化铅在正极得到电子生成PbSO4，导线为电子导体，稀硫酸为离子导体，形成闭合回路。 1.判断正误 (1)对所有的化学反应，都可以设计成原电池(　　) (2)原电池中，一定是还原剂做负极材料(　　) (3)在原电池中，还原剂做负极反应物，一定和离子导体发生反应(　　) (4)燃料电池的能量转换效率高，在电池工作中，只有化学能→电能的转化(　　) (5)锌与稀硫酸反应时，若滴入几滴硫酸铜溶液，化学反应会加快(　　) 答案　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√ 2.对下列化学反应，可设计为原电池的是(　　) A.H2SO4+Ba(OH)2===BaSO4↓+2H2O B.NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O C.CaO+H2O===Ca(OH)2 D.2Al+2NaOH+6H2O===2Na[Al(OH)4]+3H2↑ 答案　D 解析　原电池的两极反应必须是氧化剂和还原剂分别在正极和负极上得失电子，故化学反应必须为氧化还原反应，无电子转移的非氧化还原反应不能设计为原电池，故选D。 3.(2023·山东临沂高一期中)如图所示的装置中铁棒上析出铜，而铁的质量不变，符合要求的原电池是(　　) A.铁棒做负极，铜棒做正极，电解质溶液是CuSO4溶液 B.锌棒做负极，铁棒做正极，电解质溶液是CuSO4溶液 C.锌棒做负极，铁棒做正极，电解质溶液是FeCl3溶液 D.铁棒做负极，铜棒做正极，电解质溶液是稀H2SO4溶液 答案　B 解析　根据原电池原理，铁棒上析出铜，而铁的质量不变，说明铁电极发生还原反应，为正极，负极为金属活动性强于铁的金属材料， 锌棒金属活动性比铁强，做负极，发生锌置换铜的反应，电解质溶液是CuSO4溶液，B正确。 4.选择适宜的材料和试剂，请利用反应“Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+”设计一个化学电池。 回答下列问题： (1)负极材料：　　　　　；正极材料：　　　　　；电解质溶液：　　　　　　　　。  (2)写出电极反应式 正极：___________________________________________________________________________________； 负极：___________________________________________________________________________________。 (3)原电池中电子从　　　　极流出，电解质溶液中阴离子流向　　　　(填“正”或“负”)极，若导线上转移1 mol e-，则生成银　　　　 g。  答案　(1)铜　银(或碳棒)　AgNO3溶液　 (2)2Ag++2e-===2Ag　Cu-2e-===Cu2+　 (3)铜(或负)　负　108 设计原电池的基本思路 步骤一：确定一个自发的氧化还原反应的还原剂和氧化剂，还原剂做负极反应物，氧化剂做正极反应物，把氧化还原反应分为两个半反应。 步骤二：选择两极材料，正极材料最好选择不与正极反应物和离子导体发生反应且导电的固体，如金属铜、石墨等。 步骤三：选择离子导体(电解质溶液)和电子导体(导线)，并形成闭合回路。 如图： 课时对点练　[分值：100分] (选择题1~9题，每小题5分，10~12题，每小题6分，共63分) 题组一　原电池的概念及构成条件 1.下列关于原电池的叙述不正确的是(　　) A.原电池是将化学能转化成电能的装置 B.原电池的负极发生的反应是氧化反应 C.原电池电解质溶液中阳离子移向负极，阴离子移向正极 D.原电池中电子流入的一极一定是正极 答案　C 解析　原电池是将化学能转化成电能的装置，A正确；原电池的负极反应物失去电子被氧化，发生氧化反应， B正确；在原电池电解质溶液中，阳离子向正极移动，阴离子向负极移动，C错误；原电池放电时，电子移动的方向是从负极沿导线流向正极，所以正极为电子流入的电极，D正确。 2.(2023·河南新乡一中高一期中)下列各组材料组成如图装置，电流表指针能发生偏转的是(　　) 选项 A B C D M Zn Cu Fe Zn N Zn Ag Cu Cu P 稀硫酸 蔗糖溶液 酒精 CuSO4溶液 答案　D 解析　两极均为锌，电流表指针不能发生偏转，A错误；蔗糖、酒精是非电解质，不能导电，不能形成闭合回路，电流表指针不能发生偏转，B、C错误；锌与铜是活泼性不同的电极，且浸在电解质溶液(硫酸铜溶液)中，锌失去电子被氧化，硫酸铜提供的铜离子能在铜电极上得到电子被还原，存在闭合回路，电流表指针能发生偏转，D正确。 题组二　原电池工作原理的实验探究 3.(2024·山西省实验中学高一期中)用西红柿、电流表、铁或锌等金属进行“水果电池”的实验探究。实验如下。 资料：西红柿含矿物盐、有机酸、H+等。 实验 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 示意图 现象 有微量气泡 无现象 Cu片附近有气泡，且较Ⅰ快 电流表指针偏转，Cu片附近有气泡 下列分析不正确的是(　　) A.实验Ⅰ、Ⅱ说明Zn能与H+反应而Cu不能 B.实验Ⅲ说明在该条件下Cu可与H+反应生成H2 C.实验Ⅰ、Ⅲ说明发生原电池反应时会加快化学反应速率 D.实验 Ⅳ 中Zn为负极，电子由Zn沿导线流向Cu 答案　B 解析　由锌片插入西红柿中反应生成氢气，铜片插入西红柿中无现象可得锌能与氢离子反应而铜不能，A正确；实验Ⅲ装置为原电池，其中锌极为负极，电极反应式为Zn-2e-===Zn2+，铜极为正极，电极反应式为2H++2e-===H2↑，铜并不参与反应，B错误；结合实验Ⅰ、Ⅲ的现象可证明在其他条件相同时，对于同一个氧化还原反应，原电池反应速率比普通氧化还原反应速率快，C正确；原电池中负极锌失电子，电子经外电路流向正极，D正确。 4.(2023·浙江强基联盟高一月考)某科学探究小组为探究原电池的工作原理，设计了如图所示的装置。下列叙述错误的是(　　) A.a和b不连接时，该装置不能形成原电池，但铁片上有红色的铜析出 B.无论a和b是否连接，铁片均会被氧化，溶液中均有Fe2+生成 C.a和b用导线连接时，铜片为负极 D.a和b用导线连接时，溶液中的Cu2+向铜电极移动 答案　C 解析　 题组三　原电池工作原理分析 5.(2023·山东枣庄高一期中)化学电源应用广泛。某原电池装置如图所示，下列说法正确的是(　　) A.锌电极发生氧化反应 B.H+向锌电极移动 C.电子由铜电极经导线流向锌电极 D.原电池工作一段时间后溶液的c(H+)不变 答案　A 解析　锌的活泼性比铜的大，电解质溶液为稀硫酸，锌电极为负极，失去电子，发生氧化反应，故A正确；H+向正极即Cu电极移动，故B错误；电子由负极Zn电极经导线流向正极Cu电极，故C错误；正极上氢离子得到电子变为氢气，因此原电池工作一段时间后溶液的c(H+)减小，故D错误。 6.某化学兴趣小组为研究原电池工作原理，设计如图装置。下列叙述正确的是(　　) A.若X为Fe，Y为Cu，则铁为正极 B.若X为Fe，Y为Cu，则电子由铜片流向铁片 C.若X为Fe，Y为C，则碳棒上有红色固体析出 D.若X为Cu，Y为Zn，则铜离子在锌片上发生还原反应 答案　C 解析　当Fe与Cu(或碳)构成原电池时，铁为负极，失电子发生氧化反应，电子由铁电极流向铜电极或碳电极，Cu2+在铜或碳棒上析出，A、B项错误，C项正确；Cu、Zn构成原电池时，正极是铜棒，Cu2+在铜棒上发生还原反应而析出，D项错误。 7.(2023·福建三明高一下学期等级考试)将一张滤纸剪成四等份，用铜片、锌棒、发光二极管、导线在玻璃片上连接成如图所示的装置，在四份滤纸上分别滴加稀硫酸直至滤纸全部润湿。下列叙述正确的是(　　) A.锌棒上发生还原反应 B.若用碳棒代替铜片，电路中无电流通过 C.电子都是从铜片经外电路流向锌棒 D.该装置中存在两种能量转化形式 答案　D 解析　该装置为4个原电池组成的串联电路，锌的活动性比铜强。锌作负极，失电子发生氧化反应，A项错误；若用碳棒代替铜片，也能构成原电池，电路中有电流通过，B项错误；电子由负极锌棒经外电路流向正极铜片，C项错误；该装置中存在化学能转化为电能、电能转化为光能两种能量转化形式，D项正确。 题组四　原电池的设计 8.某原电池总反应为Cu+2Fe3+===Cu2++2Fe2+，下列能实现该反应的原电池是(　　) A B C D 电极材料 Cu、Zn Cu、C Fe、Zn Cu、Ag 电解液 FeCl3 Fe(NO3)2 CuSO4 Fe2(SO4)3 答案　D 解析　由题意知，Cu为负极材料，则正极材料的金属活动性必须小于Cu，其中B、D项符合该条件；由Fe3+得电子生成Fe2+知，电解质溶液中必须含有Fe3+，同时符合上述两个条件的只有D项。 题组五　常见的化学电池 9.(2023·山东枣庄高一期中)化学电源在日常生活和高科技领域中都有广泛应用。下列说法错误的是(　　) A.甲：正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH- B.乙：锌筒既是负极材料又是负极反应物 C.丙：正极反应O2+4e-+4H+===2H2O D.丁：放电时H+移向Cu电极，所以Cu电极附近溶液中H+浓度增大 答案　D 解析　甲装置中氧化银作正极，正极的电极反应式为Ag2O+2e-+H2O===2Ag+2OH-，A正确；乙装置中金属锌失去电子，作负极，因此锌筒既是负极材料又是负极反应物，B正确；丙装置中电解质溶液显酸性，其正极发生反应：O2+4e-+4H+===2H2O，C正确；丁装置中锌作负极，铜作正极，氢离子在正极得电子生成氢气，因此铜电极附近氢离子浓度减小，D错误。 10.普通水泥在固化过程中水分子减少并产生Ca(OH)2。根据这一特点，科学家发明了电动势法测水泥的初凝时间，此法的原理如图所示，反应的化学方程式为2Cu+Ag2O===Cu2O+2Ag，下列有关说法正确的是(　　) A.外电路中电流由Cu电极经导线流向Ag2O电极 B.Cu为正极，Ag2O为负极 C.负极的电极反应式为2Cu+2OH--2e-===Cu2O+H2O D.电池工作时，OH-向正极移动 答案　C 解析　该原电池中，Cu作负极，Ag2O作正极，外电路中电流从正极流向负极，A、B项错误；Cu作负极，失电子发生氧化反应，C项正确；原电池工作时，阴离子流向负极，D项错误。 11.(2024·广州七中高一期中) 金属⁃空气电池可用作电动车动力来源，某金属⁃空气电池的工作原理如图所示。该电池以金属M为负极，碳材料为正极，放电时下列说法正确的是(　　) A.将电能转化为化学能 B.负极上发生还原反应 C.空气中的氧气在正极上得电子 D.外电路电子由碳材料电极流向金属M电极 答案　C 解析　金属M电极为原电池的负极，M失去电子发生氧化反应生成M2+，碳材料电极为正极，氧气在正极上得到电子发生还原反应生成氢氧根离子故B错误、C正确；该电池为原电池，将化学能转化为电能，故A错误；原电池工作时，外电路电子由负极流向正极，则放电时，外电路电子由金属M电极流向碳材料电极，故D错误。 12.有a、b、c、d四个金属电极，有关的实验装置及部分实验现象如下： 实验 装置 部分实验现象 a极质量减少；b极质量增加 b极有气体产生；c极无变化 d极溶解；c极有气体产生 电流从a极流向d极 由此可判断这四种金属的活动性顺序是(　　) A.a>b>c>d B.b>c>d>a C.d>a>b>c D.a>b>d>c 答案　C 解析　由实验①可知，a为原电池负极，b为原电池正极，金属活动性：a>b；由实验②可知，b极有气体产生，c极无变化，则金属活动性：b>c；由实验③可知，d极溶解，则d为原电池负极，c为原电池正极，金属活动性：d>c；由实验④可知，电流从a极流向d极，则d极为原电池负极，a极为原电池正极，金属活动性：d>a。 13.(11分，每空1分)(2024·广州高一期中)微型纽扣电池在现代生活中有广泛应用。如图是一种银锌电池，其电极分别是Ag2O和Zn，电解质溶液为KOH溶液。总反应为Ag2O+Zn===ZnO+2Ag，其中一个电极反应为Ag2O+H2O+2e-===2Ag+2OH-。 (1)正极材料为　　　　　。  (2)写出另一电极的电极反应式：　　　　　。  (3)在电池使用的过程中，电解质溶液中KOH的物质的量怎样变化？　　　　　(填“增大”“减小”或“不变”)。  (4)当电池工作时通过电路对外提供了1 mol电子，计算消耗负极的质量为　　　　　。  (5)利用下列反应：Fe+2Fe3+===3Fe2+，选择适当的材料和试剂设计一个原电池。 ①请在原电池示意图中，标出电极名称、电极材料和电解质溶液。 ②正极反应式：　　　　　。  ③电解质溶液中，阳离子向　　　　　极移动。  答案　(1)Ag2O　(2)Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O　(3)不变　(4)32.5 g (5)① ②Fe3++e-===Fe2+　③正 解析　(1)总反应为Ag2O+Zn===ZnO+2Ag，Ag2O变成Ag，Ag的化合价从+1价变为0价，化合价降低，则Ag2O是正极，Zn为负极。(2)负极失电子，被氧化，则负极反应为Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O。(3)从总反应来看，反应不涉及KOH，KOH的物质的量不变。(4)根据Zn+2OH--2e-===ZnO+H2O可知转移2 mol电子时消耗1 mol Zn，则电路通过1 mol电子消耗0.5 mol Zn，消耗负极的质量为0.5 mol×65 g·mol-1=32.5 g。 14.(10分)(2023·湖北鄂东名校期中联考)化学电源广泛地应用于现代社会的生产和生活。请回答下列问题： (1)原电池是一种将化学能转化为电能的装置，所以原电池的设计原理与某一类化学反应有关。你认为下列化学反应，可以设计成原电池的是　　　　　(填字母)。  A.CH3COOH+NaOH===CH3COONa+H2O B.Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+ C.Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑ (2)化学反应均涉及能量变化，为探究这些能量变化，某同学设计了如图两个实验，已知两个实验除是否有导线连接两个金属棒外，其余均相同。 ①该同学设计这两个实验的目的是____________________________________________________________。  ②下列有关实验现象的说法正确的是　　　　　(填字母)。  A.图1、图2所示实验的温度传感器测定的体系温度均上升，且图1实验上升值大于图2实验上升值 B.图1、图2所示实验的温度传感器测定的体系温度均上升，且上升值相同 C.图1所示实验的温度传感器测定的体系温度上升，图2所示实验的温度传感器测定的体系温度下降 D.图1所示实验的锌棒表面有气泡产生，图2所示实验的铜棒表面有气泡产生，且产生气泡的速率大于图1所示实验 (3)若将用导线相连，总质量为80.00 g的锌片和银片同时浸入稀硫酸中，工作一段时间后，取出金属片，进行洗涤、干燥、称量，得金属片的总质量为63.75 g。则装置工作时锌片上的电极反应式为　　　　　，工作时间内装置所产生氢气的体积为　　　　　 mL(标准状况)。  答案　(1)BC　(2)①通过对比实验探究Zn与稀硫酸在不同条件下反应的能量变化　②AD　(3)Zn-2e-===Zn2+　5 600 解析　(1)能自发进行的氧化还原反应才能设计成原电池，A项不是氧化还原反应，B、C项均为能自发进行的氧化还原反应，均能设计成原电池。(2)①图1中Zn与稀硫酸反应时将化学能转化为热能，图2构成原电池，Zn与稀硫酸反应时将化学能主要转化为电能，设计这两个实验的目的是通过对比实验探究Zn与稀硫酸在不同条件下反应的能量变化。②图1、图2中发生的反应都为Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑，该反应为放热反应，所以图1、图2所示实验的温度传感器测定的体系温度均上升，图1中化学能转化为热能，图2中化学能主要转化为电能、少部分转化为热能，所以图1实验温度上升值大于图2实验温度上升值，故A正确，B、C错误；图1中Zn与稀硫酸发生反应：Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑，锌棒表面产生气泡，图2构成原电池，Zn为负极，其电极反应式为Zn-2e-===Zn2+，锌棒溶解，Cu为正极，Cu极的电极反应式为2H++2e-===H2↑，铜棒表面有气泡产生，形成原电池加快产生H2的速率，即图2产生H2的速率大于图1，故D正确。(3)由于Zn比Ag活泼，Zn为负极，Zn极的电极反应式为Zn-2e-===Zn2+；该原电池工作时的总反应为Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑，反应消耗Zn的质量为80.00 g-63.75 g=16.25 g，物质的量为=0.25 mol，则生成H2 0.25 mol，在标准状况下的体积为0.25 mol×22.4 L·mol-1=5.6 L=5 600 mL。 15.(16分)现有纯锌片、纯铜片和500 mL 0.1 mol·L-1的硫酸、导线、1 000 mL量筒。根据原电池原理用如图所示装置制备一定量的氢气。 请回答下列问题： (1)如图所示，装置气密性良好，且1 000 mL量筒中已充满水，刚开始实验时，根据构成原电池必须满足的条件，首先要进行的操作是________________________________________________________________。 (2)a的电极材料为　　　　　　　　，做原电池的　　　　　极；电子经外电路流向为　　　　　(填“a→b”或“b→a”)。  (3)b极上发生的电极反应为　　　　　　　　　　　　　。反应中a极附近S浓度　　　　　　　(填“逐渐增大”“逐渐减小”或“始终不变”)。  (4)在标准状况下，假设反应过程中溶液体积不变，当硫酸浓度降低一半时，通过导线的电子的物质的量为　　　　　，量筒中收集的气体体积最接近　　　　　　mL(填字母)。  A.400 B.500 C.600 D.700 答案　(1)用导线连接a、b　(2)纯锌片　负　a→b (3)2H++2e-===H2↑　逐渐增大　(4)0.05 mol　C 解析　(1)构成原电池的条件之一是形成闭合回路，所以开始实验时首先进行的操作是用导线连接a、b，形成闭合回路。(2)量筒内收集氢气，则b极为正极，产生氢气，a极为负极，发生氧化反应，所以a极材料是纯锌片；电子经外电路从负极流向正极，即a→b。(3)b极产生氢气，电极反应式为2H++2e-===H2↑；在原电池中，阴离子向负极移动，所以S向a极移动，导致a极附近S浓度逐渐增大。(4)反应过程中溶液体积不变，当硫酸浓度降低一半时，氢离子的物质的量减少=0.05 mol，根据2H++2e-===H2↑，则通过导线的电子的物质的量为0.05 mol，生成的氢气在标准状况下的体积是×22.4 L·mol-1=0.56 L=560 mL，与C最接近。 学科网（北京）股份有限公司 $$null